CN113410400B - 一种锡基钙钛矿薄膜及其质量改进方法和锡基钙钛矿太阳能电池 - Google Patents

一种锡基钙钛矿薄膜及其质量改进方法和锡基钙钛矿太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种锡基钙钛矿薄膜及其质量改进方法和锡基钙钛矿太阳能电池，通过将多羟基材料溶解在固定体积的PEDOT:PSS水溶液中，制备成PEDOT：PSS和多羟基材料混合溶液，然后将其旋涂至电极上，经退火形成平整光滑的空穴传输层，在此空穴传输层上通过一步旋涂法制备锡基钙钛矿薄膜，再经退火处理后形成平整致密无针孔的钙钛矿薄膜。基于本发明所制备的锡基钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化效率和良好的器件稳定性。

Description

一种锡基钙钛矿薄膜及其质量改进方法和锡基钙钛矿太阳能 电池
技术领域
本发明具体涉及一种锡基钙钛矿薄膜及其质量改进方法和锡基钙钛矿太阳能电池，尤其涉及一种基于多羟基材料掺杂空穴传输层的锡基钙钛矿薄膜及其质量改进方法和锡基钙钛矿太阳能电池，属于光电材料与器件技术领域。
背景技术
伴随着经济发展和科学进步，常规能源在逐渐枯竭，由此引发的环保压力也日渐增大。面对这一问题，开发利用可再生能源迫在眉睫。在可再生能源中，风能、水能、潮汐能、地热能等受地理环境因素影响较大，而太阳能基本没有这些限制，是一种理想的绿色可再生能源。对太阳光的利用主要通过光热、光热电、光电转换的方式来实现，其中太阳能电池就是一种能够实现光电转换的器件，而钙钛矿型太阳能电池，是利用钙钛矿型的金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。
钙钛矿晶体的一般化学式为ABX3，其中：A为有机阳离子，常见的有甲胺阳离子MA+、甲脒阳离子FA+等，位于立方晶格顶角位置；B为金属阳离子，包括Pb、Sn、Sr等，位于八面体基团[BX6]4-的体心位置；X为卤素阴离子，主要是I-、Br-、Cl-，位于八面体顶角位置。经过多年的研究改进，钙钛矿太阳能电池已经具有光电转换效率高、载流子扩散长度长、迁移率高、光电转换材料廉价易得等优点。其中以铅基钙钛矿太阳能电池的发展最为突出，实验室的效率值已经突破25.5％。
铅基钙钛矿太阳能电池使用的钙钛矿材料主要是甲胺碘化铅(CH3NH3PbI3)，这一材料的带隙约为1.5eV，具有高的消光系数，吸光波段覆盖整个可见光谱范围，是一种极佳的钙钛矿太阳能电池核心吸光材料。然而，铅元素的毒性一直是限制铅基钙钛矿太阳能电池进一步商业化发展的阻碍，这使得许多的研究者都在探究寻找可以替代Pb元素作为ABX3中B位的取代元素，以开发无毒环保的无铅钙钛矿太阳能电池。
目前已经被开发利用的无铅元素包括Sn、Bi、Sb、Cu、Ge等。其中，Sn元素制备所得到的钙钛矿材料以合适的光学带隙(1.2-1.4eV)、高的光吸收系数、低的激子结合能以及高载流子迁移率(102-103cm2V-1s-1)等优异的光学性能在众多环境友好型无铅钙钛矿中脱颖而出，然而Sn基钙钛矿材料在其制备过程中仍然普遍存在着膜层质量差、稳定性差、开路电压低等问题，减缓了其产业化应用进程，例如，此前Yan及其同事使用溶剂工程方法制备了反式平面异质结结构的锡基钙钛矿太阳能电池，记载于公开文献Liao W,Zhao D,Yu Y,etal.Lead-free inverted planar formamidinium tin triiodide perovskite solarcells achieving power conversion efficiencies up to 6.22％[J].AdvancedMaterials,2016,28(42):9333-9340.，采用了聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜(以下简称PEDOT:PSS)作为空穴传输层，然而由于快速的结晶成核，其钙钛矿薄膜表面存在很多孔洞导致了增多的载流子复合中心，基于此的电池开压与电流均被抑制，最终效率仅有6.22％。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种锡基钙钛矿薄膜及其质量改进方法和锡基钙钛矿太阳能电池，通过多羟基材料掺杂PEDOT：PSS空穴传输层，以改进涂覆在空穴传输层上的锡基钙钛矿薄膜质量，解决锡基钙钛矿结晶速率过快导致其膜层覆盖率、成膜质量、制成的光电器件效率以及稳定性表现差的问题。
第一方面，本发明提供一种锡基钙钛矿薄膜质量改进方法，所述方法包括步骤：
步骤一：将多羟基材料溶解在固定体积的PEDOT：PSS水溶液中，持续搅拌配制成一定浓度的PEDOT：PSS和多羟基材料混合溶液；所述多羟基材料，包含了一个烷基链段，所述烷基链段上包含了n(n≥2)个羟基基团，所述多羟基材料的通式如下：
R-(CH2)m-(OH)n
其中，n≥2，m≥n，n和m均为整数，R为羟基、甲基、羧基、醛基、氨基中的任意一种。
步骤二：将所述PEDOT：PSS和多羟基材料混合溶液的旋涂在清洗干净的基底上，旋涂结束后，退火得到平整光滑的空穴传输层；
步骤三：将锡源化合物SnI2和有机无机源卤化物溶解在混合极性溶剂中，同时加入SnF2作为抗氧化剂，持续搅拌直至透明即形成钙钛矿前驱体溶液，溶液浓度范围为0.8-1.2mmol/mL；
步骤四：在已制备好的空穴传输层上，旋涂配制好的钙钛矿前驱体溶液制备钙钛矿吸光层，旋涂过程中滴加氯苯作为反溶剂，随后经过退火制得质量改进后的钙钛矿薄膜。
优选的，步骤三中，所述有机无机源卤化物溶解在混合极性溶剂中具体为PEAI(苯乙胺碘)、FAI(甲脒碘)和MAI(甲胺碘)按照一定的比例溶解于混合极性溶剂DMF：DMSO中。
优选的，步骤四中，钙钛矿层的厚度为200-300nm。
优选的，步骤四中，所述反溶剂氯苯的滴加量为120-180μL，滴加时间为旋涂开始后的第10-16s。
优选的，步骤一中，所述多羟基材料为醇类化合物或含多羟基的葡萄糖。
优选的，步骤一中所述PEDOT：PSS和多羟基材料混合溶液的浓度为5-50mg/mL。
优选的，步骤一中所述PEDOT：PSS和多羟基材料混合溶液的搅拌速度为300-400rpm，搅拌时间为20-40min以上。
优选的，步骤二中，所述PEDOT：PSS和多羟基材料混合溶液所述旋涂速率为3000-4000rpm，所述旋涂时间为50-60s，所述退火温度为90-120℃，所述退火时间为30-60min。
优选的，步骤四中钙钛矿前驱体溶液的旋涂转速为4000-6000rpm，旋涂时间为50-60s，退火温度为90-120℃，退火时间为10-20min。
第二方面，本发明提供一种锡基钙钛矿薄膜，所述锡基钙钛矿薄膜采用上述制备方法制成，所述锡基钙钛矿薄膜的厚度为200-300nm。
第三方面，本发明提供一种锡基钙钛矿太阳能电池，所述锡基钙钛矿太阳能电池使用上述制备的钙钛矿薄膜作为吸光层，从而获得具有光伏性能更好的环境友好型锡基钙钛矿太阳能电池。
所述一种锡基钙钛矿太阳能电池制备过程具体为：在上述钙钛矿薄膜上继续旋涂一层电子传输材料，退火后制备成电子传输层；将制备好的玻璃基底转移进真空蒸镀仓，在低真空条件下，依次蒸镀空穴阻挡层材料和阴极材料。
优选的，所述电子传输材料的旋涂速度为1000-2000rpm，旋涂时间为20-40s，退火温度为70-100℃，退火时间为8-20min。
优选的，所述真空蒸镀仓的真空度范围在3×10-4-7×10-4Pa之间。优选的，所述空穴阻挡层材料和阴极材料的膜层厚度控制在5-10nm和70-100nm。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的锡基钙钛矿薄膜质量改进方法，改善了传统的锡基钙钛矿薄膜制备过程中因速率过快而导致的薄膜质量较差的问题，如图11所示，本发明制备的锡基钙钛矿薄膜，通过多羟基材料掺杂PEDOT:PSS成膜后可以通过羟基与锡基钙钛矿底部的[SnI6]4-或游离I-形成-OH···I氢键，为钙钛矿结晶提供更多的成核位点，改善了膜层覆盖率和结晶度；此外，氢键作用也降低了界面处的陷阱态密度并抑制了碘离子迁移，有助于形成致密、光滑、质量更高的钙钛矿薄膜；
本发明提供的锡基钙钛矿薄膜还具有光吸收特性强、不易脱落、和高稳定性的特点；
本发明提供一种锡基钙钛矿薄膜质量改进方法，工艺简单方便，安全快捷，具有大规模推广的可能性；
本发明的一种锡基钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和稳定性相比标准电池均大幅度提升，制备的钙钛矿太阳能电池在700h后仍保持其初始效率的75％以上。
附图说明
图1是对比例1和实施例1中基于原始PEDOT:PSS和掺杂D-山梨糖醇的PEDOT:PSS上沉积PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3钙钛矿薄膜的XRD图；
图2是是对比例1和实施例1中基于原始PEDOT:PSS和掺杂D-山梨糖醇的PEDOT:PSS上沉积PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3钙钛矿薄膜的SEM图；
图3是是对比例1和实施例1中基于原始PEDOT:PSS和掺杂D-山梨糖醇的PEDOT:PSS上沉积PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3钙钛矿薄膜的PL光谱；
图4是是对比例1和实施例1中基于原始PEDOT:PSS和掺杂D-山梨糖醇的PEDOT:PSS上沉积PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3钙钛矿薄膜的紫外可见光吸收光谱；
图5是对比例2和实施例2中PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3钙钛矿太阳能电池结构；
图6为对比例2和实施例2中基于原始PEDOT:PSS和掺杂D-山梨糖醇的PEDOT:PSS的PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3钙钛矿太阳能电池的I-V特性曲线；
图7为对比例2和实施例2中基于原始PEDOT:PSS和掺杂D-山梨糖醇的PEDOT:PSS的PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3钙钛矿太阳能电池在氮气未封装条件下的效率追踪图；
图8为对比例3和实施例3中基于原始PEDOT:PSS和掺杂D-山梨糖醇的PEDOT:PSS上沉积PEA0.2(FA0.75MA0.25)0.8SnI3钙钛矿薄膜的XRD图；
图9为对比例4和实施例4中基于原始PEDOT:PSS和掺杂D-山梨糖醇的PEDOT:PSS的PEA0.2(FA0.75MA0.25)0.8SnI3钙钛矿太阳能电池的I-V特性曲线；
图10为对比例4和实施例4中基于原始PEDOT:PSS和掺杂D-山梨糖醇的PEDOT:PSS的PEA0.2(FA0.75MA0.25)0.8SnI3钙钛矿太阳能电池在氮气未封装条件下的效率追踪图；
图11为本发明原理图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明优选实施方案进行描述。应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
对比例1
基于原始PEDOT:PSS的PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3钙钛矿薄膜的及其质量改进方法，方法具体如下：
步骤D1：首先，将原始PEDOT:PSS水溶液用0.45μm的水系过滤头过滤后，取120μL以3500rpm的转速将其旋涂于ITO表面，60s后将ITO转移到100℃的热台上退火30min，制备成空穴传输层；
步骤D2：然后，称取372.52mg碘化亚锡，24.91mg苯乙胺碘盐，116.08mg甲脒氢碘酸盐，35.77mg甲胺氢碘酸盐，15.67mg氟化亚锡混合溶解于800μL DMF和200μL DMSO的混合极性溶剂中，搅拌12h以上，至溶液均匀澄清，得到PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3钙钛矿前驱体溶液；
步骤D3：将制得的溶液经过0.22μm孔径聚四氟乙烯过滤器过滤，以供旋涂所用；
步骤D4：取50μL前驱体溶液滴在上述旋涂有空穴传输层的ITO玻璃基板上，调节转速为6000rpm，时间60s，在旋涂开始的第12s，使用移液枪吸取180μL的氯苯，滴加到旋转的基板上；
步骤D5：旋涂结束后，将基板转移到100℃的热台上退火10min，得到黑色PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3钙钛矿薄膜。
图1的(b)中，PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3薄膜的XRD显示出钙钛矿材料的特征峰，其中图1的(a)中的*为ITO背景峰。
图2的(a)中的是钙钛矿薄膜表面的SEM图，钙钛矿薄膜表面覆盖率相对较差，有许多褶皱和孔洞。
图3的(a)中PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3薄膜的荧光发射峰位置在850nm左右，对应的带隙值为1.46eV左右。
图4的(a)的PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3薄膜的紫外可见光吸收光谱中，起始吸收值在850nm左右，与图3的(a)的荧光发射峰的位置一致。
实施例1
基于掺杂D-山梨糖醇的PEDOT：PSS(20mg/mL)的PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3钙钛矿薄膜的及其质量改进方法，方法具体如下：
步骤S1：首先，称取20mg D-山梨糖醇溶解于1mL的PEDOT:PSS水溶液中，搅拌30min以上，得到PEDOT:PSS/D-山梨糖醇混合溶液；
步骤S2：将PEDOT:PSS/D-山梨糖醇混合溶液用0.45μm的水系过滤头过滤后，取120μL以3500rpm的转速将其旋涂于ITO表面，60s后将ITO转移到100℃的热台上退火30min，制备成改进的空穴传输层；
步骤S3：然后，称取372.52mg碘化亚锡，24.91mg苯乙胺碘盐，116.08mg甲脒氢碘酸盐，35.77mg甲胺氢碘酸盐，15.67mg氟化亚锡混合溶解于800μLDMF和200μLDMSO的混合极性溶剂中，搅拌12h以上，至溶液均匀澄清，得到PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3钙钛矿前驱体溶液；
步骤S4：将制得的溶液经过0.22μm孔径聚四氟乙烯过滤器过滤，以供旋涂所用；
步骤S5：取50μL前驱体溶液滴在上述旋涂有改进空穴传输层的ITO玻璃基板上，调节转速为6000rpm，时间60s，在旋涂开始的第12s，使用移液枪吸取180μL的氯苯，滴加到旋转的基板上；
步骤S6：旋涂结束后，将基板转移到100℃的热台上退火10min，得到黑色PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3钙钛矿薄膜。
图1中，其中测试结果(c)，即基于掺杂D-山梨糖醇的PEDOT:PSS/PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3薄膜的XRD特征峰相较(b)明显增强，表明其比原始PEDOT:PSS上的PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3薄膜具有更好的结晶性。
图2的(b)是基于掺杂D-山梨糖醇的PEDOT:PSS/PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3薄膜表面的SEM图，对应的钙钛矿薄膜表面形貌变得致密连续且光滑。
图3的(b)中基于掺杂D-山梨糖醇的PEDOT:PSS/PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3薄膜的荧光强度明显增强，表明D-山梨糖醇的引入有效降低钙钛矿薄膜的缺陷态密度。
图4的(b)中基于掺杂D-山梨糖醇的PEDOT:PSS/PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3薄膜的紫外可见光吸收强度较(a)中更强。
对比例2
基于对比例1所述钙钛矿薄膜制备的锡基钙钛矿太阳能电池，制备过程如下：
一种锡基钙钛矿太阳能电池，包括ITO电极，所述的对比例1中空穴传输层为原始PEDOT:PSS薄膜，二维/三维混合PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3钙钛矿吸收层，电子传输层，空穴阻挡层以及金属电极。
首先依次用丙酮、乙醇、去离子水将ITO基片超声清洗15min，再用高纯度氮气吹干ITO表面并将其放入真空干燥箱中烘干；
然后，将烘干的ITO放入紫外-臭氧(UV-O3)清洗机中处理20min，取出处理好的ITO基片，采用对比例1中相同的工艺流程依次制备PEDOT:PSS空穴传输层与PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3钙钛矿吸光层。
在钙钛矿薄膜上继续旋涂一层ICBA氯苯溶液，旋涂参数为1500rpm，30s，旋涂结束后，放置在70℃的热台上退火10min得到电子传输层；
将上述薄膜基板放进真空蒸镀仓，依次蒸镀7nm厚的BCP空穴阻挡层和80nm厚的Ag金属电极。
实施例2
基于实施例1所述钙钛矿薄膜制备的锡基钙钛矿太阳能电池
实施例2操作步骤与对比例2相同，区别仅在于，实施例2中采用的空穴传输层为实施例1中空穴传输层为掺杂了D-山梨糖醇的PEDOT:PSS薄膜。
图5为对比例2和实施例2制得的太阳能电池的结构示意图；
图6的(a)和(b)分别为在一个标准太阳光强下对比例2和实施例2所制备钙钛矿太阳能电池的I-V特性曲线对比，其中实施例2所制备的钙钛矿太阳能电池电流效率明显高于对比例2；
图7的(a)和(b)分别为未封装的对比例2和实施例2所制备的钙钛矿太阳能电池在氮气环境下的的效率追踪，其中对比例2制备的PEA0.1(FA0.75MA0.25)0.9SnI3器件在持续存放700h后效率下降到初始的14％，而实施例2制备的钙钛矿太阳能电池在700h后仍保持其初始效率的75％以上，这表明实施例2所得器件在氮气中有较好的稳定性。
对比例3
对比例3操作步骤与对比例1相同，区别仅在于，步骤D2中，钙钛矿前驱体溶液配置时，其中苯乙胺碘盐、甲脒氢碘酸盐、甲胺氢碘酸盐的含量依次分别改变为49.82mg、103.18mg、31.80mg，得到PEA0.2(FA0.75MA0.25)0.8SnI3钙钛矿前驱体溶液。
实施例3
实施例3操作步骤与实施例1相同，区别仅在于，步骤S3中，钙钛矿前驱体溶液配置时，其中苯乙胺碘盐、甲脒氢碘酸盐、甲胺氢碘酸盐的含量依次分别改变为49.82mg、103.18mg、31.80mg，得到PEA0.2(FA0.75MA0.25)0.8SnI3钙钛矿前驱体溶液。
对比例3与实施例3的区别也是仅在于PEDOT:PSS是否掺杂(20mg/mL)D-山梨糖醇。
图8中，其中测试结果(b)即基于掺杂D-山梨糖醇的PEDOT:PSS/PEA0.2(FA0.75MA0.25)0.8SnI3薄膜的XRD特征峰相较(a)明显增强，表明其比原始PEDOT:PSS上的PEA0.2(FA0.75MA0.25)0.8SnI3薄膜具有更好的结晶性。
对比例4
对比例4操作步骤与对比例2相同，区别仅在于，对比例4中采用的是对比例3中相同的工艺流程依次制备PEDOT:PSS空穴传输层与PEA0.2(FA0.75MA0.25)0.8SnI3钙钛矿吸光层。
实施例4
实施例4操作步骤与实施例2相同，区别仅在于，实施例4中采用的是实施例3中相同的工艺流程依次制备PEDOT:PSS空穴传输层与PEA0.2(FA0.75MA0.25)0.8SnI3钙钛矿吸光层。
图9的(a)和(b)分别为在一个标准太阳光强下对比例4和实施例4所制备钙钛矿太阳能电池的I-V特性曲线对比，其中实施例4所制备的钙钛矿太阳能电池电流效率明显高于对比例4；
图10的(a)和(b)分别为未封装的对比例4和实施例4所制备的钙钛矿太阳能电池在氮气环境下的的效率追踪，其中对比例4制备的PEA0.2(FA0.75MA0.25)0.8SnI3器件在持续存放600h后效率下降到接近于零，而实施例4制备的钙钛矿器件在700h后仍保持其初始效率的75％以上，这表明实施例4所得器件在氮气中有较好的稳定性。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种锡基钙钛矿薄膜质量改进方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
步骤一：将多羟基材料溶解于PEDOT:PSS水溶液中，持续搅拌配制成PEDOT：PSS和多羟基材料混合溶液，其中，所述多羟基材料为D-山梨糖醇；
步骤二：将所述PEDOT：PSS和多羟基材料混合溶液旋涂在清洗干净的基底上，旋涂结束后，退火得到平整光滑的空穴传输层；
步骤三：将锡源化合物SnI2和有机无机源卤化物溶解在混合极性溶剂中，同时加入SnF2作为抗氧化剂，持续搅拌直至透明即形成钙钛矿前驱体溶液；
步骤四：在已制备好的空穴传输层上，旋涂配制好的钙钛矿前驱体溶液制备钙钛矿吸光层，旋涂过程中滴加氯苯作为反溶剂，随后经过退火制得质量改进后的钙钛矿薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种锡基钙钛矿薄膜质量改进方法，其特征在于，步骤三中，所述有机无机源卤化物为PEAI、FAI和MAI，所述混合极性溶剂为DMF：DMSO。
3.根据权利要求1所述的一种锡基钙钛矿薄膜质量改进方法，其特征在于，步骤四中，所述反溶剂氯苯的滴加量为120-180μL，滴加时间为旋涂开始后的第10-16s。
4.根据权利要求1所述的一种锡基钙钛矿薄膜质量改进方法，其特征在于，步骤一中，所述PEDOT：PSS和多羟基材料混合溶液的浓度为5-50mg/mL。
5.根据权利要求1所述的一种锡基钙钛矿薄膜质量改进方法，其特征在于，步骤一中，所述PEDOT：PSS和多羟基材料混合溶液的搅拌速度为300-400rpm，搅拌时间为20-40min以上。
6.根据权利要求1所述的一种锡基钙钛矿薄膜质量改进方法，其特征在于，步骤二中，所述PEDOT：PSS和多羟基材料混合溶液的旋涂速率为3000-4000rpm，旋涂时间为50-60s，退火温度为90-120℃，退火时间为30-60min。
7.根据权利要求1所述的一种锡基钙钛矿薄膜质量改进方法，其特征在于，步骤四中，所述钙钛矿前驱体溶液的旋涂转速为4000-6000rpm，旋涂时间为50-60s，退火温度为90-120℃，退火时间为10-20min。
8.一种锡基钙钛矿薄膜，其特征在于，所述锡基钙钛矿薄膜为权利要求1-7中任意一项权利要求所述改进方法制成的锡基钙钛矿薄膜，所述锡基钙钛矿薄膜的厚度为200-300nm。
9.一种锡基钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述锡基钙钛矿太阳能电池使用权利要求8中所述钙钛矿薄膜作为吸光层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114141950B (zh) * 2021-11-29 2023-01-20 四川大学 一种锡基钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN114695682A (zh) * 2022-03-30 2022-07-01 电子科技大学 组分优化的锡基钙钛矿太阳能电池制备方法及电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1871719A (zh) * 2003-10-22 2006-11-29 精工爱普生株式会社 利用超滤和离子交换色谱对空穴传输材料的纯化
CN110862702A (zh) * 2019-11-05 2020-03-06 南京邮电大学 无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜、其制备方法及其应用

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210119127A1 (en) * 2018-03-20 2021-04-22 Kyoto University PRODUCTION METHODS FOR Sn-BASED PEROVSKITE LAYER AND SOLAR CELL

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1871719A (zh) * 2003-10-22 2006-11-29 精工爱普生株式会社 利用超滤和离子交换色谱对空穴传输材料的纯化
CN110862702A (zh) * 2019-11-05 2020-03-06 南京邮电大学 无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜、其制备方法及其应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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"Conductivity, work function, and environmental stability of PEDOT:PSS thin films treated with sorbitol";A.M. Nardes, et al;《Organic electronics》;20080517;第727-734页 *

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